№ 4 (2024)

Замена традиционных материалов аморфными сплавами и эксплуатация изделий из них определяются структурной, временной и температурной устойчивостью неупорядоченных сред. В частности, тепловая стабильность аморфного сплава напрямую зависит от его теплофизических характеристик. Поэтому в статье продемонстрированы применимость правила смешения компонентов и использование их данных по теплофизическим свойствам в кристаллическом состоянии для оценки аналогичных характеристик сплавов из групп металл – металлоид и переходный металл – переходный металл в аморфной фазе. Установлено, что для группы переходный металл – переходный металл оценка теплоемкости аморфных сплавов никеля дает лучшее приближение к экспериментально установленным величинам, чем для сплава из группы металл – металлоид. Причинами расхождения оценки и экспериментальных данных для сплава из группы металл-металлоид, возможно, являются ковалентность связи атомов, в отличие от металлической связи для сплавов из группы переходный металл – переходный металл, меньший размер атомов металлоида, их большая подвижность и влияние на измельчение зерен сплава. Расчетами подтверждено существование наблюдаемого при экспериментальных исследованиях эффекта наследования аморфным сплавом особенностей температурных зависимостей ряда теплофизических свойств компонентов.

Кремний и материалы на его основе находят все большее применение в металлургии, микро- и нано-электронике, солнечной энергетике, а также выступают перспективными материалами анодов литий-ионных источников тока с повышенной удельной емкостью. Расширение областей применения кремния с управляемой морфологией обуславливает необходимость разработки новых энергоэффективных способов его получения. В настоящей работе изучено влияние режима и параметров электролиза легкоплавкого расплава LiCl–KCl–CsCl–K₂SiF₆ с температурой 545 ^оС на морфологию электролитических осадков кремния на стеклоуглероде. Для электролиза использованы широко используемый в промышленности гальваностатический режим электроосаждения, а также активно исследуемый в настоящее время гальваноимпульсный режим. Электроосаждение кремния вели при варьировании таких параметров, как величина катодной плотности тока (от 3 до 50 мА/см²) и длительность электролиза (от 30 до 180 мин) в гальваностатическом режиме, плотность и длительность импульса катодного тока, длительность пауз тока и общая длительность электролиза в гальваноимпульсном режиме. Показано, что электроосаждение кремния на стеклоуглероде сопровождается формированием на поверхности электрода сплошного осадка из сферолитных зародышей диаметром около 1 мкм. Нарушению сплошности осадка и росту дендритов упорядоченной либо произвольной формы способствует повышение катодной плотности тока и частоты пауз импульса катодного тока. При этом гальваноимпульсный режим позволяет на порядок повысить катодную плотность тока электроосаждения кремния (с 25–30 до 250–500 мА/см²) и стабилизировать значение потенциала катода при электролизе.

Расплавленные хлоридные солевые электролиты обладают рядом свойств, которые делают их перспективными для использования в качестве рабочей среды для реализации высокотемпературных технологий. Хлориды щелочных металлов являются агрессивной средой по отношению к конструкционным материалам. Одним из возможных методов снижения коррозионных потерь конструкционного материала является метод кислородной пассивации поверхности металла или сплава путем введения в расплав определенного количества кислородосодержащих добавок. В статье рассмотрено влияние кислородсодержащих примесей (оксида лития и гидроксида лития) на коррозионное поведение металлического материала — сплава состава железо – кобальт – никель. Для оценки коррозионной стойкости материалов были использованы: гравиметрический анализ, микрорентгеноспектральный анализ (МРСА) поверхности и шлифов поперечного сечения и рентгенофазовый анализ (РФА) поверхности образцов. Представлены зависимости скорости коррозии материала от концентрации кислородосодержащих добавок Li₂O и LiOH. По совокупности данных гравиметрического анализа, МРСА и РФА установлено, что образцы сплава 29НК в солевом расплаве LiCl–KCl–nLi₂O мало подвержены коррозии, но в расплаве LiCl–KCl–nLiOH скорость сплава 29НК значительно возрастает за счет взаимодействия добавки LiOH с наиболее электроотрицательным компонентом сплава — железом.

Для оценки возможности совместной переработки ильменитового (FeTiO3) и перовскитового (CaTiO3) концентратов, с использованием дуплекс-процесса, включающего твердофазное восстановление железа (металлизацию) и последующую разделительную электроплавку на чугун и титанистый шлак, рассмотрены свойства шлаковых расплавов. Температура начала кристаллизации (температура ликвидуса) и соответствующая ей вязкость титанистого шлака зависят от его химического состава. Увеличение содержания оксидов титана приводит к повышению значений этих свойств, а наличие оксидов железа и кальция — к уменьшению. При совместной переработке ильменитового (ИК) и перовскитового (ПК) концентратов можно регулировать содержание CaO в шлаке изменением их соотношения ПК/ИК, а долю FeO определяет степень металлизации железа в процессе предварительного восстановительного обжига смеси концентратов с углеродным восстановителем. Для выбора оптимального соотношения ПК/ИК определены температурные зависимости вязкости модельных оксидных расплавов системы TiO₂—FeO—CaO—Al₂O₃—MgO, близких по составу шлакам, образующимся в результате плавки смесей перовскитового и ильменитового концентратов в интервале соотношений ПК/ИК, равных 0.6÷1.4, и степени металлизации от 75 до 95%.

Согласно полученным результатам, во всем интервале исследованных составов и температур вязкость шлаковых расплавов не превышает 0.8 Па·с. То есть такие шлаки будут достаточно жидкоподвижными на выпуске из плавильного агрегата, если температура расплавов будет выше температуры ликвидуса – начала их кристаллизации. Увеличение соотношения ПК/ИК по мере уменьшения степени металлизации с 95 до 75% ведет к монотонному снижению температуры ликвидуса и соответствующей ей вязкости с 1490 ^оC и 0.79 Па·с до 1270 ^оC и 0.17 Па·с соответственно. Рекомендовано использовать шихту, содержащую равные массовые доли концентратов (ПК/ИК равно 1) при расходах углеродного восстановителя в расчете на металлизацию 85% железа. В этом случае шлаки при относительно низком содержании оксида железа (3.1%) будут жидкотекучими (0.38 Па·с) с температурой начала кристаллизации 1400 ^оC, что позволит вести разделительную плавку при рабочих температурах 1500–1550 ^оC.

Применение меди и ее сплавов для создания деталей металлургического оборудования сопряжено с увеличением абразивного износа и высокотемпературной коррозии. В связи с этим возникает необходимость нанесения защитного покрытия. В частности, для предотвращения износа и преждевременного выкрашивания металла медных фурм производят упрочнение поверхности покрытием из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия методом газотермического напыления в атмосфере воздуха. Из- за разницы коэффициента термического расширения меди (при T = 300 К: 16.7 мкм/м ^оС и при T = 750 К: 19.7 мкм/м ^оС и ее низкой стойкости против газовой коррозии нанесение оксида циркония (производится по предварительно нанесенному промежуточному слою, играющему согласующую по коэффициенту термического расширения (КТР) роль между медной основой и керамическим покрытием. Кроме того, промежуточный слой защищает медь от газовой коррозии. При этом в качестве промежуточных слоев используются сплавы на основе никеля. Использование никеля в качестве основы промежуточных слоев обусловлено тем, что медь и никель образуют непрерывный ряд твердых растворов, таких как мельхиор или монель-металлподобные структуры. Это, в свою очередь, предполагает плавный переход теплофизических свойств от меди к никелевому сплаву. Для обеспечения повышенной адгезии переходного слоя с медью за счет увеличения площади взаимного контакта между медью и подслоем (кинжальное проплавление) и существенного повышения однородности материала промежуточного слоя из никелевого сплава применялось лазерное оплавление промежуточного подслоя (система Ni—B—Si) на лазерном комплексе на основе лазера ЛС-5 мощностью 5 кВт с роботом KUKA KR-60HA в атмосфере аргона. Для отработки режимов были проведены эксперименты на медных образцах плоской формы и тела вращения. Оптимальными параметрами процесса оплавления плоских образцов являлись: скорость обработки 33 мм/с, мощность от 400 до 3900 Вт, фокусное расстояние от 200 до 230 мм, шаг между треками: 0.25, 0.5 и 1 мм. Оптимальными параметрами процесса являлись: мощность лазерного излучения 400—450 Вт, шаг обработки 0.125; 0.5, фокусное расстояние от 200 до 210 мм.